钴镍等关键金属矿产大量依赖进口。钴、镍是重要的战略性矿产金属,被广泛应用于航空航天、新能源汽车及新材料领域。中国钴消费居世界第一, 95%依赖进口。中国钴矿查明资源储量在2017年仅为68.78万吨,约占世界总储量的9.7%。按照矿床成因,钴矿可以进一步细分为沉积岩及变沉积岩容矿型、红土型、岩浆型和热液型等多种类型,这四种类型的矿床产出绝大多数的钴。
全球钴矿多为沉积岩及变沉积岩容矿型,镍矿主要为红土型。我国最主要的钴镍矿类型为岩浆型。岩浆型钴镍矿床找矿难度大。全球绝大多数岩浆型钴镍矿床主要产于克拉通(大陆地壳上长期稳定的构造单元)边缘。中国岩浆型镍钴硫化物矿床分布在克拉通边缘和它们附近的造山带中。这种类型的矿床与火山喷发或陆块断裂分解所带来的岩浆有关。我国近几年发现的该类矿床多位于造山带中,与铁、镁矿物含量较高的岩浆岩有关。
岩体是由于多期岩浆侵入所形成的特殊地质体,虽然岩体规模较小,但是能形成大型矿床。而钴镍矿赋存于小岩体中,矿体规模小,产状复杂,碳质层干扰强,探测难度大,缺乏高效精细探测手段。如何准确识别出钴镍矿床中与矿体相关的信息成为关键技术难题。多物理场勘查技术体系对矿体刻画更精准、更全面。
中国科学院地质与地球物理研究所薛国强研究员团队测量了岩矿石的多种物理参数,选择最优的地球物理勘查技术,对多种地球物理数据进行联合分析解译,并在典型矿区进行试验验证,形成多尺度探测-多信息融合技术体系。
该体系将探测目标划分为岩体、矿体及碳质层三个尺度;采用重力、磁法圈定小岩体在地面的投影位置,借助金属矿地震等方法厘定岩体的深部位置;利用“四高”特征属性(高磁、高重、高速、高极化)识别矿体;利用“一高三低”属性(高极化、低磁、低重、低速)识别碳质层。将探测目标做这样的划分,能够充分利用岩体、矿体和碳质层各自的物理特性,进而选择最有针对性的勘查技术,实现最精准的目标刻画。
值得一提的是,相对于块状矿体,浸染状矿体由于有用矿物含量低,难以从围岩中直接区分出来。团队采用自主研发的大功率高精度短偏移距瞬变电磁装备技术,融合地质信息和多种地球物理信息,精确恢复矿体的电阻率和极化率等信息。该技术能获得与矿体相关的多种信息,从多角度对矿体进行刻画,更有利于矿床的寻找。良好的应用效果。针对中亚造山带喀拉通克矿床东昆仑造山带夏日哈木矿床,团队开展了典型矿床的应用示范。
浸染状矿与顶板(辉长岩)、底板(凝灰岩)电阻率相似,识别难度大,团队利用自主研发的短偏移距瞬变电磁装备技术对Y3、Y5成矿岩体(基性辉长岩)进行探测,探测深度达到1500m。科研人员对实测数据进行精细处理,实现了矿体和围岩的精确区分,在Y3底部圈定深埋于地下的含矿岩体,探测结果和钻井ZK2150和ZK2082所获取的地下岩石性质分析结果吻合。
相关研究成果近期发表于勘探地球物理学领域国际学术期刊《地球物理学》(Geophysics)和国内岩石学期刊《岩石学报》上,为岩浆型钴镍矿床的精细探测提供了一套高效的解决方案,将进一步推动相似矿床的找矿突破。